Elbrus VS Intel. Võrdleme Aэrodiski Vahemere ja Engine salvestamissüsteemide jõudlust

Tere kõigile. Jätkame teid vene protsessori Elbrus 8C baasil loodud andmesalvestussüsteemi Aerodisk VOSTOK tutvustamist.

Selles artiklis käsitleme (nagu lubasime) ühte populaarseimat ja huvitavamat teemat, mis puudutab Elbruseid, nimelt – jõudlust. Elbruse jõudluse kohta on palju spekuleeritud, ja arvamused on äärmiselt erinevad. Pessimistid väidavad, et Elbruse jõudlus on praegu "kehv" ning et juhtivate tootjate saavutamiseks on vaja kümneid aastaid (ehk teisisõnu, praeguste tingimuste tõttu — mitte kunagi). Teisest küljest, optimistid usuvad, et juba praegu näitab Elbrus 8C häid tulemusi, ja järgmise paariga aastaga, kui tulevad uued protsessori versioonid (Elbrus 16C ja 32C), suudame "jõuda ja mööda minna" juhtivatest maailmatoojatest.

Me Aerodiskis oleme praktilised inimesed, seetõttu valisime kõige lihtsama ja arusaadavamate (meie jaoks) tee: testida, fikseerida tulemused ja ainult siis järeldusi teha. Kokkuvõttes viisime läbi üsna palju teste ja avastasime mitmeid Elbrus 8C e2k arhitektuuri töö eripärasid (sealhulgas ka meeldivaid), ja muidugi, võrdlesime seda Intel Xeon amd64 arhitektuuril põhinevate sarnaste andmesalvestussüsteemidega.

Muide, räägime testide, tulemuste ja Elbruse andmesalvestussüsteemide tuleviku arengust meie järgmises veebiseminaris "AnearIT" 15.10.2020 kell 15:00. Registreerimine on võimalik alloleva lingi kaudu.

→ Registreerimine veebiseminarile

Testseade

Oleme valmistanud kaks seadet. Mõlemad seadmed koosnevad Linuxi serverist, mis on ühendatud 16G FC-lülitite kaudu kahe andmesalvestussüsteemi kontrolleriga, kus on 12 SAS SSD 960 GB ketast (11,5 TB "toores maht" või 5,7 TB „kasulik“ maht, kui kasutame RAID-10).

Seade näeb jooniselt välja järgmiselt.

Seade nr 1 e2k (Elbrus)

Seadme konfiguratsioon on järgmine:

• Linuxi server (2xIntel Xeon E5-2603 v4 (6 südamikku, 1,70Ghz), 64 GB DDR4, 2xFC-adapter 16G 2 porti) – 1 tk.
• FC lüliti 16 G – 2 tk.
• Aerodisk Vostok 2-E12 andmesalvestussüsteem (2xElbrus 8C (8 südamikku, 1,20GHz), 32 GB DDR3, 2xFE FC-adapter 16G 2 porti, 12xSAS SSD 960 GB) – 1 tk.

Seade nr 2 amd64 (Intel)

Eespool mainitud sama konfiguratsiooni võrreldes e2k-l põhineva analoogse konfiguratsiooniga kasutati sarnase protsessoriga amd64-platvormile sobivat andmesalvestussüsteemi:

• Linuxi server (2xIntel Xeon E5-2603 v4 (6 südamikku, 1,70Ghz), 64 GB DDR4, 2xFC-adapter 16G 2 porti) – 1 tk.
• FC lüliti 16 G – 2 tk.
• Aerodisk Engine N2 (2xIntel Xeon E5-2603 v4 (6 südamikku, 1,70Ghz), 32 GB DDR4, 2xFE FC-adapter 16G 2 porti, 12xSAS SSD 960 GB) – 1 tk.

Oluline tähelepanek: testis kasutatavad Elbrus 8C protsessorid toetavad ainult DDR3 operatiivmälu, see on tõesti "halb, kuid mitte kauaks". Elbrus 8CV (meil ei ole seda praegu saadaval, kuid peagi tuleb) toetab DDR4.

Testimise meetod

Koormuse genereerimiseks kasutasime populaarset ja ajaproovile vastupidavat programmi Flexible IO (FIO).

Mõlemad andmesalvestussüsteemid on seadistatud vastavalt meie soovitustele, lähtudes kõrge jõudluse nõuetest plokkidele, seega kasutame dünaamilisi kettapaike DDP (Dynamic Disk Pool). Testimise tulemuste moonutamise vältimiseks on mõlemal andmesalvestussüsteemil välja lülitatud kompressioon, deduplikatsioon ja RAMi vahemälu.

Loome 8 D-LUN-i RAID-10 kaupa 500 GB, igaühe kogumahutavus on 4 TB (st ligikaudu 70% võimaliku kasutatavast mahust antud konfiguratsioonis).

Teostatakse peamised ja populaarsed andmesalvestussüsteemi kasutusskeemid, sealhulgas:

esimesed kaks testi emuleerivad tehingulise andmebaasi töö. Selles gruppis teste on meie huvi IOPS ja viivituse suhtes.

1) Juhuslik lugemine väikeste plokkidega 4k
a. Ploki suurus = 4k
b. Lugemine / kirjutamine = 100% / 0%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Täiesti juhuslik

2) Juhuslik kirjutamine väikeste plokkidega 4k
a. Ploki suurus = 4k
b. Lugemine / kirjutamine = 0% / 100%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Täiesti juhuslik

teised kaks testi emuleerivad analüütilise andmebaasi töö. Selles gruppis teste on meie huvi samuti IOPS ja viivituse suhtes.

3) Järjestikune lugemine väikeste plokkidega 4k
a. Ploki suurus = 4k
b. Lugemine / kirjutamine = 100% / 0%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Järjestikune

4) Järjestikune kirjutamine väikeste plokkidega 4k
a. Ploki suurus = 4k
b. Lugemine / kirjutamine = 0% / 100%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Järjestikune

kolmas grupptest emuleerib voogedastuse lugemise tööd (näide – veebivideod, varukoopiate taastamine) ja voogedastuse kirjutamise tööd (näide – videovalve, varukoopiate salvestamine). Selles grupis teste huvitavad meid juba mitte IOPS, vaid MB/s ning samuti viivitus.

5) Järjestikune lugemine suurte plokkidega 128k
a. Ploki suurus = 128k
b. Lugemine / kirjutamine = 0% / 100%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Järjestikune

6) Järjestikune kirjutamine suurte plokkidega 128k
a. Ploki suurus = 128k
b. Lugemine / kirjutamine = 0% / 100%
c. Tööde arv = 8
d. Oote sügavus = 32
e. Koormuse iseloom = Järjestikune

Iga test kestab üks tund, arvestamata 7-minutilist massiivi soojendusaega.

Testi tulemused

Testi tulemused on koondatud kahte tabelisse.

Elbrus 8C (andmesalvestussüsteem Aerodisk Vostok 2-E12)

Intel Xeon E5-2603 v4 (andmesalvestussüsteem Aerodisk Engine N2)

Tulemused osutusid äärmiselt huvitavateks. Mõlemal juhul kasutasime hästi ära andmesalvestussüsteemi protsessoriressursse (70-90% kasutusmäär), ja sellises olukorras on selgelt näha mõlema protsessori plusse ja miinuseid.

Mõlemas tabelis on rohelise värviga esile toodud testid, kus protsessorid "tunnetavad end enesekindlalt" ja näitavad häid tulemusi, samas oranžiga on esile tõstetud olukorrad, mida protsessorid "ei armasta".

Kui rääkida juhuslikust koormusest väikeste plokkidena, siis:

• juhusliku lugemise osas on Intel kindlasti Elbrusest ees, vahe on 2 korda;
• juhusliku kirjutamise osas on selgelt viik, mõlemad protsessorid näitasid umbkaudset ja väärilist tulemust.

Järjepideva koormuse korral väikeste plokkidena on pilt teine:

• nii lugemisel kui ka kirjutamisel ületab Intel oluliselt (2 korda) Elbrust. Samas, kuigi Elbruse IOPS näitaja on madalam kui Intelil, näeb see silmapaistev välja (200-300 tuhat), on latentsus selgelt probleem (need on kolm korda kõrgemad kui Intelil). Kokkuvõtteks, praegune Elbruse 8C versioon ei "armasta" väga järjepidevaid koormusi väikeste plokkidena. Selgelt on mille kallal töötada.

Aga järjepideva koormuse korral suurte plokkidena on pilt täiesti vastupidine:

• mõlemad protsessorid näitasid umbes võrdset tulemust MB/s, kuid on üks AGA.... Elbruse latentsuse näitajad on 10 (kümme, Karl!!!) korda paremad (st madalamad) kui sarnasel protsessoril Inteli poolt (0,4/0,5 ms võrreldes 5,1/6,5 ms). Alguses mõtlesime, et see on viga, seega kontrollisime tulemusi uuesti, tegime korrigeeritud testi, kuid kordustest näitas sama pilti. See on tõsine eelis Elbrusele (ja keeruka arhitektuuri e2k üleüldiselt) Inteli ees (ja vastavalt amd64 arhitektuuri ees). Lootkem, et see edu saab edasist arengut.

On veel üks huvitav omadus Elbrusest, millele tähelepanelik lugeja võib tabelit vaadates tähelepanu pöörata. Kui vaadata Intel'i lugemise ja kirjutamise näitajate vahet, siis kõigis testides ületab lugemine kirjutamist keskmiselt umbes 50%+. See on norm, milleks kõik (sealhulgas meie) on harjunud. Kui vaadata Elbrust, siis kirjutamise näitajad on palju lähemal lugemise näitajatele, lugemine ületab kirjutamist tavaliselt 10-30% võrra, mitte rohkem.

Mis sellest räägib? Et Elbrus "armastab" salvestamist, mis tähendab, et see protsessor on väga kasulik ülesannetes, kus salvestamine on selgelt ülekaalus lugemise suhtes (kes ütles Jarovi seaduse?), mis on samuti e2k arhitektuuri vaieldamatu eelis, ja seda eelist tuleb arendada.

Järeldused ja lähitulevik

Elbruse ja Intel-i keskmise taseme protsessorite võrdlevad testid andmesalvestuse ülesannetes näitasid umbes võrdseid ja ühtlaselt väärikad tulemusi, samas kui iga protsessor näitas oma huvitavaid omadusi.

Intel ületas Elbrust oluliselt juhuslikus lugemises väikeste plokkide kaupa, samuti järjestikusel lugemisel ja kirjutamisel väikeste plokkide kaupa.

Juhuslikus kirjutamises väikeste plokkide kaupa näitavad mõlemad protsessorid võrdsed tulemused.

Viivituste näitajate järgi näeb Elbrus välja oluliselt parem kui Intel voolukoormuses, st järjestikusel lugemisel ja kirjutamisel suurte plokkide kaupa.

Lisaks suudab Elbrus erinevalt Intel-ist hästi toime tulla nii lugemise kui ka kirjutamise koormustega, samas kui Intel-i puhul on lugemine alati oluliselt parem kui kirjutamine.
Saadud tulemusi arvesse võttes saab teha järelduse Aérodisk Vostok andmesalvestussüsteemide rakendatavuse kohta Elbrus 8C protsessoril järgmistes ülesannetes:

• infotsüsteemid, kus domineerivad kirjutamise operatsioonid;
• failidele juurdepääs;
• otseedastamine;
• videovalve;
• varundamine;
• meedia sisu.

M CST kollektiivil on veel palju tööd ees, kuid nende töö tulemused on juba nüüd nähtavad, mis, loomulikult, ei saa mitte rõõmustada.

Needless to say, these tests were conducted on the Linux core for e2k version 4.19. Currently, the Linux 5.4-e2k core is in beta testing (at MCST, in Basalt SPU, and also at our facility, Airodisk). This new core includes not only various enhancements but also significant revisions to the scheduler and numerous optimizations for high-speed solid-state drives. In addition, a new LCC compiler version 1.25 is being released specifically for the 5.x.x core branch by JSC "MCST". Preliminary results suggest that using the new compiler on the same Elbrus 8C processor, along with the new core, kernel environment, system utilities, libraries, and the Airodisk VOSTOK software will yield a substantial performance boost. And this is achieved without hardware upgrades — it operates on the same processor and at the same frequencies.

We anticipate the release of the Airodisk VOSTOK version based on the 5.4 core closer to the end of the year. Once work on the new version is completed, we will update the test results and also publish them here.

If we return to the beginning of the article and address the question of who is right: the pessimists who claim that Elbrus is 'nothing' and will never catch up with the leading processor manufacturers, or the optimists who argue that 'we're almost there and will soon overtake them'? If we base our judgment on real tests rather than stereotypes and biases, it is undoubtedly the optimists who are correct.

Elbrus is already demonstrating good results when compared to mid-range amd64 processors. Of course, it still has a long way to go to reach the top models in the Intel or AMD server processor line, but it wasn’t aiming for that — processors 16C and 32C will be released for that purpose. Then we can discuss it.

We recognize that this article will raise even more questions about Elbrus, which is why we decided to organize another online webinar 'Around IT', to provide live answers to these questions.

This time, we will have Konstantin Trushkin, the Deputy General Director of MCST, as our guest. You can register for the webinar at the link below.

→ Registreerimine veebiseminarile

Thank you all, as always we are looking forward to constructive criticism and interesting questions.

Allikas: habr.com